劉宇樺，曾昭武，白小兵，王 竺

（中建五局土木工程有限公司，湖南 長沙 410004）

樁基礎(chǔ)是橋梁工程中最常用的一種深基礎(chǔ)形式，其具有承載力高、基礎(chǔ)沉降小的特點(diǎn)。樁基礎(chǔ)按照其承載方式的不同，分為摩擦型樁、端承型樁和摩擦-端承混合型樁。摩擦樁適用于巖層埋置較深，且樁頭受荷小的情況，其主要依靠樁周的摩阻力承擔(dān)上部荷載，其對應(yīng)的土層是除巖土以外的其他土層，施工方法有預(yù)制擠土樁、鉆孔灌注樁，由于不入巖，施工效率相對較高。而端承樁用于巖層埋置較淺、樁頭受荷大的情況，其主要靠樁尖的豎向承壓承擔(dān)樁頭荷載，樁周摩阻力較小，只能采用先成孔后澆筑混凝土的方法進(jìn)行施工，目前工程采用旋挖成孔灌注樁和沖擊成孔灌注樁。摩擦-端承混合型樁是針對有一定樁長且需入巖的基礎(chǔ)樁，其依靠樁周摩阻力和樁尖承壓承擔(dān)樁頭傳遞的荷載，因?yàn)橐霂r，其施工方法與端承樁一樣。

當(dāng)前，穿越斜巖面的樁在入巖施工時(shí)經(jīng)常存在如卡錘、每次進(jìn)尺小甚至無法進(jìn)尺的問題，或即使成孔但澆筑混凝土?xí)r充盈系數(shù)非常大，為此造成施工進(jìn)度過慢、施工成本加大的現(xiàn)實(shí)問題。研究表明，導(dǎo)致上述情況的原因主要是復(fù)雜的地質(zhì)情況，特別是溶洞和傾斜巖層。針對溶洞存在的場地開展樁基礎(chǔ)的施工研究已較多，并取得良好的工程效益，但對于斜巖層施工樁基礎(chǔ)則鮮有文獻(xiàn)。

本文從地質(zhì)構(gòu)造入手，闡述巖層傾斜的機(jī)理及其分布特征，提出依據(jù)地勘報(bào)告及場地巖土地質(zhì)資料繪制工程場地傾斜場地巖層布置圖，并進(jìn)行精細(xì)化施工，對樁基礎(chǔ)成孔過程的進(jìn)尺進(jìn)行監(jiān)控，以獲得施工樁位處的傾斜巖層深度及方向，設(shè)計(jì)成有斜度的鋼護(hù)筒，然后清孔下放鋼護(hù)筒至斜巖面，澆筑C60以上高強(qiáng)度等級(jí)混凝土至斜巖面最高面以上0．5m處，養(yǎng)護(hù)2d，即可進(jìn)行鉆孔施工。

1 工程概況

柳州市公共交通配套工程（一期）土建施工02標(biāo)線路長6．36km，共計(jì)5站5區(qū)間，包括：蓮花客運(yùn)站站—龍珠河站區(qū)間、龍珠河站、龍珠河站—響水河站區(qū)間、響水河站、響水河站—洛維工業(yè)園站區(qū)間、洛維工業(yè)園站、洛維工業(yè)園站—都樂園站區(qū)間、都樂園站、都樂園站—白蓮洞站區(qū)間、白蓮洞站。施工內(nèi)容為土建施工（含車站基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)、區(qū)間橋梁及安裝）、各系統(tǒng)預(yù)埋預(yù)留件（基礎(chǔ)、鋼板、管、溝槽）、外立面裝修、防雷接地等。

施工區(qū)域位于柳州市魚峰區(qū)柳石路，道路寬50m，雙向8車道，為進(jìn)出城市主干道，橋墩及車站位于路中9m寬的綠化帶內(nèi)，管線遷改和綠化移植工程量較大（見圖1）。沿線有社區(qū)、學(xué)校、廠房等設(shè)施。根據(jù)地勘資料顯示，施工區(qū)域整段均為巖溶發(fā)育區(qū)域。

2 工程地質(zhì)概況與樁基礎(chǔ)施工難點(diǎn)

圖1 工程效果

工程施工場地主要地質(zhì)主要為巖溶強(qiáng)發(fā)育場地，主要以滯水溶洞、斜巖、半邊巖為主。根據(jù)初勘鉆孔統(tǒng)計(jì)，鉆孔遇斜巖率為20%。斜巖地質(zhì)廣泛分布于整個(gè)沿線場區(qū)。在斜巖施工過程中，樁在入巖施工時(shí)經(jīng)常存在卡錘、偏斜、無法鉆進(jìn)等施工問題。在澆筑混凝土?xí)r，由于成孔偏斜，會(huì)產(chǎn)生混凝土充盈系數(shù)過大的問題，由此導(dǎo)致施工成本高、效率低。因此樁基斜巖入巖施工為項(xiàng)目技術(shù)攻關(guān)的重點(diǎn)。

3 斜巖面樁基礎(chǔ)施工特性分析

1）當(dāng)采用沖擊成孔時(shí)，由于斜巖面的存在，錘擊的落點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)部分巖強(qiáng)度高部分強(qiáng)度低的特點(diǎn)，如果兩者強(qiáng)度相差較大時(shí)，將導(dǎo)致快速下落的錘發(fā)生傾斜，導(dǎo)致斜巖面處孔洞直徑變大，這是導(dǎo)致充盈系數(shù)大的原因。當(dāng)錘撞擊斜面時(shí)，其對斜面的撞擊力會(huì)隨著斜面角度的增加迅速減弱，這是導(dǎo)致每次錘擊進(jìn)尺尺寸微小的原因。

2）旋挖成孔的原理是利用設(shè)備動(dòng)力頭給土體一定壓力并施加扭矩切割土體，其一般適用于以砂土、粉土、黏性土及風(fēng)化巖石。當(dāng)旋挖成孔遇到傾斜巖面時(shí)，加上采用泥漿護(hù)壁導(dǎo)致巖面處摩擦力降低，當(dāng)旋挖施加壓力時(shí)，設(shè)備會(huì)沿巖面發(fā)生滑移，無法施加切割力，因此導(dǎo)致無法進(jìn)尺甚至有鉆頭被埋入孔底發(fā)生塌孔問題。

無論采用何種方法進(jìn)行成孔施工，必須在孔底有一個(gè)接近水平的等強(qiáng)受力面，為此，只有在斜巖面制造等強(qiáng)的水平面，將斜巖面變?yōu)榈葟?qiáng)度平面，才可提高斜巖面施工效率，保障施工質(zhì)量。

4 斜巖面樁基礎(chǔ)施工方法

4.1 解決斜巖面樁基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵問題

1）為在斜面上打造水平受力面，變斜巖面為水平巖面最可行的方法是依據(jù)斜巖的強(qiáng)度指標(biāo)，回灌一定厚度的與該位置巖土強(qiáng)度相當(dāng)?shù)幕炷?。根?jù)文獻(xiàn)，常見巖石強(qiáng)度指標(biāo)為：硅質(zhì)砂巖強(qiáng)度為80～200MPa；泥質(zhì)砂巖強(qiáng)度為40～50MPa甚至更?。豁搸r強(qiáng)度為20～70MPa，甚至更低；石灰?guī)r（白云巖）強(qiáng)度為40～80MPa；泥巖強(qiáng)度為6～30MPa。目前，工程上可制配的混凝土強(qiáng)度可達(dá)C100，即立方體抗壓強(qiáng)度達(dá)到100MPa，完全可以達(dá)到巖石的強(qiáng)度。

2）為減小混凝土充盈率，應(yīng)從減少斜巖面處的孔洞直徑入手，應(yīng)根據(jù)場地詳勘鉆孔資料及巖層形成機(jī)理和巖層分布特點(diǎn)，繪制全場地的地層布置圖，以確定場地斜巖面狀況。目前，詳細(xì)勘察階段存在勘探孔數(shù)量不足的情況，導(dǎo)致無法繪制準(zhǔn)確的地形圖，從解決斜巖施工樁復(fù)雜問題的角度，承建單位可要求增加勘測孔個(gè)數(shù)，以探明地下斜巖的布置情況。若條件無法滿足，施工單位亦可用一定剛度的型鋼，一節(jié)一節(jié)放下去，然后沿著孔壁一周測量斜巖面高度，繪制出斜巖面情況。在鉆孔時(shí)，當(dāng)?shù)竭_(dá)斜巖面后，應(yīng)輕錘一定次數(shù)，將斜巖面處的軟弱土層清理掉，同時(shí)不會(huì)增加斜巖面處的孔洞直徑，然后清孔，根據(jù)地勘探明的斜巖在孔洞范圍內(nèi)的高差，澆筑擬定高強(qiáng)度混凝土，等混凝土強(qiáng)度達(dá)到與巖層等強(qiáng)時(shí)，即可進(jìn)行鉆孔施工?；炷翝仓叨葢?yīng)比斜巖面高0．5m左右，此高度也可通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。如果斜巖面處孔洞直徑變大，則考慮下放鋼護(hù)筒，施工單位可在進(jìn)場后即根據(jù)地勘所提供的斜巖情況，制作各斜巖樁基相應(yīng)的鋼護(hù)筒，護(hù)筒高度可與澆筑混凝土的高度相同，護(hù)筒形狀要與巖面起伏情況一致，如圖2所示。

圖2 澆筑高強(qiáng)混凝土

4.2 施工流程

研究場地地勘資料繪制場地巖層布置圖；鉆孔作業(yè)至斜巖面，輕錘沖孔或低功率旋挖；測量樁孔處斜面形狀、繪制樁孔處斜巖位置；由地勘資料確定斜巖強(qiáng)度進(jìn)而確定灌注混凝土強(qiáng)度等級(jí)；由有無擴(kuò)孔確定是否需要鋼護(hù)；澆筑混凝土并待強(qiáng)度達(dá)到斜巖等強(qiáng)后鉆孔作業(yè)。

4.3 施工操作要點(diǎn)與質(zhì)量保證措施

1）根據(jù)場地鉆探資料繪制場地地層布置圖并根據(jù)樁基礎(chǔ)的施工過程修改該場地地層布置圖，以更準(zhǔn)確地指導(dǎo)施工。

2）斜巖面位置的判定首先依據(jù)場地地形圖和樁超前鉆柱狀圖，在成孔過程中要依據(jù)現(xiàn)場鉆孔進(jìn)尺記錄判定。若每小時(shí)平均尺寸比正常情況緩慢，同時(shí)存在偏錘現(xiàn)象時(shí)，可制作T形簡易工具探測是否遇到斜巖，由2根直徑為25mm的鋼筋焊接，L為樁孔直徑的0．5倍。若為斜巖樁，則需用型鋼沿樁孔周長一圈測定樁底標(biāo)高，繪制該樁的斜巖面。

圖3 T形檢測工具

3）根據(jù)實(shí)際的斜巖面逐樁制作鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒制作與普通鋼護(hù)筒要求一致。

4）由于斜巖面的鋼護(hù)筒需與斜巖面保持一致，鋼護(hù)筒下放時(shí)，要嚴(yán)格按照樁實(shí)際巖面開展，需要在現(xiàn)場將斜巖面情況標(biāo)出，然后根據(jù)標(biāo)志固定鋼護(hù)筒的擺放狀態(tài)，再下鋼護(hù)筒。由于護(hù)筒本身重量較大，可依靠自重深入樁底殘?jiān)?，不需額外堵漏。

5）要根據(jù)鋼護(hù)筒的高度及斜巖面的實(shí)際情況計(jì)算混凝土量，在滿足環(huán)保要求的情況下，現(xiàn)場調(diào)配?；炷翝仓c普通水下樁混凝土澆筑方法相同。

6）待澆筑完混凝土2d后方能繼續(xù)鉆孔。鉆孔時(shí)，由于鋼護(hù)筒對混凝土具有套箍作業(yè)，當(dāng)孔穿過斜面時(shí)，鋼護(hù)筒已破損。

7）當(dāng)成孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高之后，要用T形檢測工具查看斜巖面處有沒有形成擴(kuò)孔，如果有，在澆筑樁基礎(chǔ)混凝土?xí)r，仍需下放從斜巖面至樁底的鋼護(hù)筒，以保證樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量和減小混凝土的充盈系數(shù)。

5 經(jīng)濟(jì)效果分析

傳統(tǒng)片石回填配合沖擊鉆：每天進(jìn)度0．5m，需回填片石4次，一次4m3，片石材料費(fèi)60元／m3，工費(fèi) 150 元／m3，則回填費(fèi)用為3 360元。若錘發(fā)生傾斜，導(dǎo)致斜巖面處孔洞直徑變大，則需要超灌混凝土假設(shè)為3m3C35混凝土，C35混凝土350元／m3，則費(fèi)用為4 410元，處理1根斜巖樁基平均時(shí)間為10d。

采用鋼護(hù)筒配合高強(qiáng)度混凝土方法，鋼護(hù)筒價(jià)格3 000元／個(gè)，假設(shè)采用2m3C60混凝土進(jìn)行回填，C60混凝土450元／m3，則費(fèi)用為3 900元。并可防止因?yàn)榭讖阶兇蠖斐傻某?。?jié)省費(fèi)用510元。處理1根斜巖樁基平均時(shí)間為4d。

6 結(jié)語

針對跨越斜巖面的樁基礎(chǔ)施工這一施工難題，必須從斜巖產(chǎn)生機(jī)理入手，精確分析并確定斜巖位置，采用高強(qiáng)混凝土可將斜巖面變?yōu)樗矫?，并對擴(kuò)孔部分采用鋼護(hù)筒的辦法，從而減小混凝土充盈系數(shù)，進(jìn)而降低施工成本。由于本文方法僅提供解決穿越斜巖面施工的思路，如混凝土澆筑高度、混凝土強(qiáng)度等級(jí)與斜巖強(qiáng)度等級(jí)關(guān)系等參數(shù)，還需經(jīng)過工程實(shí)踐驗(yàn)證以獲取更多有價(jià)值的參數(shù)。